汽車車身鐳射焊接工藝

汽車產業的迅猛發展加速了汽車製造技術的不斷創新、發展和應用。汽車車身作為汽車其他零部件的載體，其製造技術和製造水平直接決定了汽車整體的製造質量。在汽車車身製造過程中，焊接是重要生產工序。目前用於汽車車身焊接的焊接技術手段主要包括電阻點焊 、MIG 和 MAG 焊接以及鐳射焊接。其中，鐳射焊接從 20 世紀 80 年代開始應用於汽車車身焊接，之後隨著汽車行業對汽車生產效率和生產質量要求的提升和鐳射技術的不斷髮展，鐳射焊接技術逐漸成為汽車車身焊接的核心技術。

鐳射焊接技術作為光機電一體化的先進焊接技術，與傳統的汽車車身焊接技術相比具有能量密度高、焊接速度快、焊接應力及變形小、柔性好等優勢。汽車車身結構複雜，車身部件以薄壁、曲面構件為主，汽車車身焊接過程面臨車身材料變化、車身部件厚度不一、焊接軌跡及接頭形式多樣化等焊接難點，同時對焊接質量和焊接效率有很高的要求。透過探索合適的焊接工藝引數，鐳射焊接能保證汽車車身關鍵部件焊接的高疲勞強度和衝擊韌性，從而保證車身焊接質量和使用壽命，滿足汽車對安全效能需求的日益提升；鐳射焊接技術能適應不同接頭形式、不同厚度以及不同材料型別的汽車車身部件焊接，滿足汽車車身製造過程的柔性化需求。因此，鐳射焊接技術是實現汽車產業高質量發展的重要技術手段。

汽車車身鐳射焊接工藝

汽車車身主要由兩大部分組成，分別是車身框架和車身蒙皮。其中，車身框架主要包括上邊梁、下邊梁、縱梁、橫樑、立柱等部件；車身蒙皮主要包括頂蓋、側圍、隔板、翼子板、前後車門蓋等部件。透過將車身框架部件和車身蒙皮部件焊接在一起，形成完整的汽車車身。當前主流汽車製造過程中，其車身材料仍主要使用金屬材料，主要包括鋼、鋁合金、鎂合金等，此外複合材料有少量的應用。汽車車身各部件常用金屬材料如表 1 所示。

表 1 汽車車身常用金屬材料

Table 1 Commonly used metal materials for automotive body

汽車車身焊接過程中針對不同車身材料和不同接頭形式使用不同的鐳射焊接工藝。目前應用在汽車車身焊接領域的主要鐳射焊接工藝包括鐳射深熔焊、鐳射填絲焊、鐳射釺焊以及鐳射電弧複合焊接。幾種不同的汽車車身鐳射焊接工藝特點如表 2 所示。

表 2 汽車車身常用鐳射焊接工藝

Table 2 Commonly used laser welding processes for automotive body

1、汽車車身鐳射深熔焊工藝

鐳射深熔焊是指鐳射功率密度達到一定水平時，使材料表面發生汽化而形成匙孔，孔內金屬蒸汽壓力與四周液體的靜壓力和表面張力達到動態平衡，鐳射可透過匙孔照射到孔底，隨著鐳射束的運動形成連續的焊縫。鐳射深熔焊焊接過程中不需要新增輔助焊劑或填料，完全利用工件自身材料焊接為一體。鐳射深熔焊工藝的示意圖如圖 1 所示。鐳射深熔焊得到的焊縫一般光滑平直，變形量小，有利於提升汽車車身的製造精度；焊縫的抗拉強度較高，保證了汽車車身焊接質量；焊接速度快，有利於提高焊接生產效率。在汽車車身焊接中，鐳射深熔焊工藝可以滿足車身組焊和拼焊的焊接需求。在車身組焊中主要用於車身頂蓋、側圍、車門等區域的焊接，採用該工藝的相關企業包括福特、通用、沃爾沃等；在車身拼焊中主要用於不同強度、不同厚度、不同塗層的鋼板焊接。在汽車車身焊接過程中使用鐳射深熔焊工藝可以大幅減少零件、模具及焊接工裝數量，從而降低車身自重和生產成本。然而，鐳射深熔焊工藝對待焊部件的裝配間隙容忍度較差，需要將裝配間隙控制在 0。05~2mm 之間，若裝配間隙過大，則會產生氣孔等焊接缺陷。

圖 1 鐳射深熔焊工藝示意圖

Fig。 1 Schematic diagram of laser deep penetration welding

在汽車車身焊接中，同種材料焊接的需求量大，以車用高強鋼和鋁合金為代表的同種金屬汽車車身鐳射深熔焊工藝得到廣泛研究。王順利等對汽車高強鋼進行鐳射深熔焊工藝探索。研究結果表明，當鐳射功率在 2~2。5kW 時，焊縫形貌良好，且焊縫深寬比較大。李志偉透過改變鐳射功率和焊接速度對 DP780 車用鍍鋅高強鋼進行焊接實驗。結果表明，在零間隙條件下，焊接質量隨鐳射功率增加而提高，隨焊接速度增加而降低。黃堅等發現在保證焊縫適度熔透的基礎上，最小臨界速度和最大臨界速度隨鐳射功率的增加而線性增加，隨鋼板厚度的降低而增大。董丹陽等分析了脈衝 Nd：YAG 鐳射器的焊接速度對 1。4mm 厚DP780 車用高強鋼焊接質量的影響，結果表明其他引數不變的情況下，焊接速度為400mm/min 時焊縫表面光滑，內部無氣孔缺陷，但是在不同焊接速度下焊縫均存在熔合區硬化和熱影響區軟化現象。可見，透過調節鐳射功率和焊接速度，影響焊縫熔深、熔寬等焊縫形貌。Mei 等結合汽車車身鐳射焊接鍍鋅鋼構件的特點，對比了不同鐳射入射角對焊接質量的影響，研究認為當鍍鋅鋼板厚較小、焊縫寬度較窄時，可適當增大鐳射入射角；當裝配間隙較小時，鐳射束的入射角不應過大。Franz 等使用不同直徑的鐳射光斑對車用鍍鋅鋼進行焊接實驗的對比，研究發現較小的光斑直徑有利於減少焊接過程的飛濺和焊縫中的氣孔缺陷。在保證焊縫表面成形質量良好的基礎上，減少焊縫內部氣孔、裂紋的缺陷能顯著提升焊縫力學效能和焊接構件的使用壽命。周麗等分析了某白車身鍍鋅鋼板鐳射深熔焊的焊縫氣孔缺陷，在調整工藝引數的基礎上，優化了鐳射焊接機器人的運動速度和軌跡。結果表明，焊縫在起始和結束端的燒穿問題得到改善，焊縫內部氣孔缺陷顯著減少。Chen 等使用雙鐳射束工藝對 1mm 厚車用鋁合金 AA6014 進行焊接，透過與單鐳射束焊接效果對比，證明雙光束焊接有利於減少焊縫裂紋，提高焊縫抗拉強度，提高焊接質量和生產效率。

隨著汽車輕量化程序的不斷推進，對車身異種金屬焊接需求逐漸提高，近年來針對汽車車身鋁合金-鋼鐳射深熔焊接工藝研究取得一定進展。由於鋁合金和鋼的物性引數相差較大，Al 元素和 Fe 元素相互反應易生成脆性相，因此對鋁合金和鋼進行搭接焊時，需考慮對Al-Fe 金屬間化合物（IMC）進行調控。Yuce 等探究了不同熱輸入大小條件下，金屬間化合物厚度、焊縫硬度、焊縫抗拉強度等變數的變化趨勢。該研究表明，在實現有效焊接的基礎上，減小熱輸入的值可以獲得力學效能良好的焊縫。從圖 2 中可以看出，當熱輸入值為28。5J/mm時，抗拉強度可以達到 108。7N/mm。然而，當不填充過渡金屬時，鋁合金-鋼的鐳射深熔焊的焊縫強度難以滿足使用需求。相關研究表明，在鋁合金和鋼之間新增過渡層能顯著改善焊縫成形，提升焊縫的力學效能。在鋁合金和鋼之間新增合適的過渡金屬有以下優勢：（1）減少 Al 元素和 Fe 元素的混合，改變 IMC 的微觀結構；（2）新增的金屬元素可以與 Al 元素或 Fe 元素反應生成非脆性化合物；（3）當新增的金屬元素熔點在鐵和鋁之間時，能使熔池中溫度分佈更加均勻。

圖 2 不同熱輸入水平下焊縫抗拉強度

Fig。 2 Overall tensile strength depending on the heat input

當前研究表明，在汽車車身同種材料焊接中，透過最佳化鐳射深熔焊的工藝引數可以獲得表面成形良好、內部缺陷較少、力學效能優良的焊縫，可以滿足汽車車身焊接構件的使用需求。然而，汽車車身焊接中以鋁合金-鋼為代表的的異種金屬鐳射深熔焊工藝還不成熟，雖然透過新增過渡層的方法獲得了效能優異的焊縫，但是不同過渡層材料對IMC層的演變影響機制，以及對焊縫微觀組織的作用機理尚不明確，需要進一步深入研究。

2、汽車車身鐳射填絲焊工藝

鐳射填絲焊接是在焊縫中預先填入特定焊絲或在鐳射焊接過程中同步送入焊絲來形成焊接接頭的工藝方法。相當於在鐳射深熔焊的同時向焊縫熔池中輸入近似同質的焊絲材料。鐳射填絲焊工藝的示意圖如圖 3 所示。相比鐳射深熔焊，鐳射填絲焊應用於汽車車身焊接有兩個方面的優勢，一是可大幅提升待焊汽車車身部件之間裝配間隙的容忍度，解決鐳射深熔焊對坡口縫隙要求過高的問題；二是可以透過使用不同成分含量的焊絲改善焊縫區域的組織分佈，進而調控焊縫效能。在汽車車身製造過程中，鐳射填絲焊工藝主要應用在車身鋁合金和鋼材部件的焊接，如賓士 C 級車後立柱焊接、賓士及江淮的商務車頂蓋和側圍的焊接、大眾某車型的車門蓋焊接等。特別是汽車車身鋁合金部件焊接過程中，其熔池表面張力較小，易導致熔池下塌，而鐳射填絲焊工藝在鐳射焊接過程中透過焊絲的熔化可以較大程度上解決熔池塌陷問題。

圖 3 鐳射填絲焊工藝示意圖

Fig。 3 Schematic diagram of laser filler welding process

汽車車身中使用鐳射填絲焊工藝能顯著提升焊接過程中對不同對接間隙的容忍度。張屹等探究了1。2mm 厚的車用高強鋼 DP800 在不同對接間隙下的鐳射填絲焊焊接效果。實驗結果表明，當對接間隙小於母材厚度 83%時，焊縫拉伸強度高於母材，從而證明鐳射填絲焊能降低對待焊部件的裝配間隙要求。汽車車身鐳射填絲焊工藝中，送絲速度與鐳射焊接工藝引數的匹配程度決定了焊接質量。

徐景波研究了1。5mm厚的車用7075高強鋁合金的鐳射填絲焊接工藝。研究表明，當送絲速度加快時，接頭裂紋數量減少，但過快的送絲速度不利於表面成形。薄春雨對汽車車身前縱梁區域的鐳射填絲焊接中出現的各類缺陷提出相應的最佳化方案：針對飛濺問題需最佳化鐳射光斑尺寸；針對焊縫背部凹陷問題需最佳化鐳射功率、光絲間距及控制板材間隙；針對氣孔缺陷應設計上下板材最佳間隙。張林陽等提出了頂蓋、側圍等汽車車身鋁合金覆蓋件鐳射填絲焊接的質量控制方法，如：針對焊縫表面不平滑缺陷，可透過改善功率、送絲以及焊接速度之間的匹配性獲得平整焊縫；針對氣孔缺陷可以透過增大保護氣流量的措施保護焊縫熔池；針對表面塌陷可以透過增大光斑直徑提升對間隙的容忍度方面進行最佳化。韓熒等針對轎車座椅骨架開展了鐳射填絲焊工藝研究。研究發現不同送絲速度下熔滴過渡形式不同，當熔滴為液橋過渡形式時，焊接穩定性較好，減少了咬邊和下塌等缺陷。在汽車車身鐳射填絲焊過程中，雖然透過改變鐳射功率、焊接速度、離焦量等工藝引數可以改善汽車車身鐳射填絲焊焊縫成形，但是送絲速度也在很大程度上影響焊接質量。只有當送絲速度與鐳射功率、焊接速度、離焦量等引數相互配合時，才能得到表面成形質量好、內部缺陷較少的焊縫。

3、汽車車身鐳射填釺焊工藝

鐳射釺焊利用鐳射作為熱源，鐳射束經過聚焦後照射到焊絲表面使焊絲熔化，熔化的焊絲滴落並填充到待焊工件之間，釺料與工件之間發生溶解和擴散等冶金效應，從而使工件達到連線的效果。與鐳射填絲焊接工藝不同，鐳射釺焊工藝只熔化焊絲而不熔化待焊工件。鐳射釺焊具有良好的焊接穩定性，但得到的焊縫抗拉強度較低。圖4為鐳射釺焊工藝在汽車行李箱蓋焊接中的應用。在汽車車身焊接過程中，鐳射釺焊工藝主要對接頭強度要求不高的車身部位進行焊接，如車身的頂蓋和側圍之間的焊接、行李箱蓋上下部之間的焊接等，大眾、奧迪等中高階車型的頂蓋均採用鐳射釺焊工藝。

圖4 鐳射釺焊在汽車中的應用：（a）後車蓋鐳射焊接；（b）鐳射釺焊原理圖

Fig。 4 Applications of laser brazing in the automotive industry： （a） laser joining of hatchback parts； （b） principle of laser brazing

汽車車身鐳射釺焊焊縫中主要存在缺陷包括咬邊、氣孔、焊縫變形等缺陷，透過調控工藝引數和使用多焦點鐳射釺焊工藝均能明顯抑制缺陷產生。馮振坡等對汽車頂蓋鐳射釺焊焊縫缺陷原因進行了分析，指出焊縫質量主要取決於光絲間距、鐳射功率以及出絲穩定性。李成整等透過正交實驗法分析了釺料直徑和裝配間隙大小對汽車白車身頂蓋鐳射釺焊成形質量的影響，該團隊的研究表明釺料直徑在 1。15~1。21mm 內，焊縫填充效果良好，焊縫強度最高；控制裝配間隙在0。3mm以內可保證焊接質量。Heuberger 等發現焊接速度對車用鍍鋅鋼鐳射釺焊焊接過程的穩定性影響較大，焊接速度主要影響焊縫表面成形的不穩定性和焊接過程中熔池前沿的運動不均勻性。Mohammadpour 等透過實驗和數值模擬方法研究了鐳射束傾角對車用鍍鋅鋼鐳射釺焊過程的影響。研究認為，鐳射束傾角的改變會影響釺料熔滴狀態，進而影響熔池流動狀態，對焊接過程中飛濺的產生和焊縫成形質量有顯著影響。王曉兵等以鐳射釺焊一次合格率為評價指標，以鐳射功率、焊接速度、光束傾角為實驗引數，對汽車頂蓋鐳射釺焊工藝引數進行最佳化，得到鐳射功率 3kW，焊接速度 3。5m/min，光束傾角 10°等最佳工藝引數。近年來三焦點鐳射釺焊工藝的出現為實現少缺陷焊接提供了新思路，圖 5 為三焦點鐳射釺焊的原理圖。李明等對比了單焦點和三焦點鐳射釺焊對車用鍍鋅鋼板的焊接效果，結果表明，三焦點鐳射釺焊得到的焊縫成形美觀，接頭抗拉強度得到明顯提升。侯順華等使用三焦點模組對鍍鋅鋼板進行鐳射釺焊，焊縫兩側較為平滑，氣孔缺陷也得到抑制。以上研究針對鍍鋅鋼板進行三焦點鐳射釺焊得到的焊縫成形和力學效能良好，原因是可透過調整三個鐳射焦點的位置實現鍍鋅層的預處理；調整三焦點的能量分佈使焊接過程更加穩定，如圖 6 所示。

圖5 三焦點鐳射釺焊原理圖

Fig。 5 Schematic setup of thetrifocal brazing process

圖6 鐳射釺焊過程的熱成像：（a）單焦點釺焊；（b）三焦點釺焊

Fig。 6 Thermal images of the brazing processes： （a） monofocal brazing； （b） trifocal brazing

汽車車身頂蓋和側圍材料逐漸由單一材料向異種材料轉變，異種材料的鐳射釺焊工藝得到廣泛關注。以汽車車身常見的鋁合金-鋼異種金屬焊接為例，Xia等認為不同的保護氣體對鋁合金-鋼的鐳射釺焊質量有顯著影響。該團隊研究發現在保護氣體中加入CO2能顯著提升熔融釺料的潤溼性，同時使IMC變厚，原因是CO2使鐳射能量吸收率增加，進而透過影響熔融釺料的能量分佈和流動形態，最終提升了焊縫抗拉強度。此外，當釺料中的Si含量不同時，鋁合金-鋼的鐳射釺焊質量不同。當釺料成分分別為純Al，AlSi5和AlSi12 時，用AlSi5釺料焊接產生的焊縫具有最高的拉伸強度，研究過程如圖7所示。Si元素的加入降低了 IMC 對介面峰值溫度變化的敏感性，抑制了Fe-Al IMC生長，改變了介面反應機制。雙光束鐳射釺焊工藝的引入為汽車車身異種金屬焊接提供了新方法。Yuan等對鋁合金-鋼異種金屬進行了雙光束鐳射釺焊實驗，研究表明雙光束條件下，透過調節鐳射功率可以顯著改變Al和Fe反應介面的潤溼性，進而改變IMC 層厚度，最終影響焊縫抗拉強度和斷裂形式。

圖 7 不同 Si 含量的釺料對鐳射釺焊焊縫質量的影響

Fig。 7 Effect of different Si content of brazing materials on the quality of laser brazing

汽車車身鐳射釺焊工藝較為成熟，透過改變光絲間距、鐳射束傾角、焊接速度等工藝引數能顯著較少焊縫內部缺陷；三焦點鐳射釺焊工藝在焊縫成形、力學效能有一定的提升作用，同時也對送絲穩定性提出了更高的要求，送絲速度不穩定反而會導致氣孔等內部缺陷，因此未來還需對三焦點鐳射釺焊的多光束能量調控機理，結合送絲機制進行深入研究，達到無缺陷的焊接效果。汽車車身異種金屬鐳射釺焊的焊縫成形質量和力學效能主要取決於焊縫中IMC成分分佈，未來可基於實驗和數值模擬相結合的方法探究不同工藝引數對能量分佈的影響機理，建立能量分佈和焊縫質量的對應關係。

4、汽車車身鐳射-電弧複合焊工藝

鐳射-電弧複合焊接是採用鐳射和電弧兩種熱源同時作用到待焊工件表面，使工件經過熔化、凝固後形成焊縫的一種複合焊接工藝。鐳射-電弧複合焊接兼具了鐳射焊接和電弧焊的優點，一是在雙熱源的作用下，焊接速度得以提高，使熱輸入變小，焊縫變形量小，保持了鐳射焊接的特點，二是具有更好的橋接能力，裝配間隙容忍度更大；三是熔池的凝固速度變慢，有利於消除氣孔、裂紋等焊接缺陷，有利於改善熱影響區組織和效能；四是由於電弧的作用，使其能夠焊接高反射率、高導熱係數的材料，應用材料的範圍更廣。圖8為鐳射-電弧複合焊工藝示意圖。在汽車車身製造過程中，鐳射-電弧複合焊接工藝主要應用於車身鋁合金構件和鋁合金-鋼異種金屬結合處的焊接，主要是針對裝配間隙較大的部件進行焊接，如汽車車門部分位置的焊接，這是因為裝配間隙能發揮鐳射-電弧複合焊接的橋接效能。此外，鐳射-MIG電弧複合焊接技術還應用在奧迪A8車身的側頂梁位置。

圖 8 鐳射-電弧複合焊工藝示意圖

Fig。 8 Schematic diagram of Laser-arc hybrid welding process

汽車車身鐳射-電弧複合焊接工藝相比單鐳射焊接工藝更加複雜，鐳射、電弧雙熱源對焊接過程的複合作用效果成為研究熱點。張國瑜認為鐳射與電弧相對位置對焊接質量有顯著影響，研究了A6082車用鋁合金鐳射-MIG 複合焊接工藝，研究發現鐳射引導電弧形式下的焊縫成形美觀，而電弧引導鐳射形式的焊縫不連續，焊縫表面呈黑色，如圖9所示。Yang等使用鐳射-TIG電弧複合焊接工藝對汽車車身常用的鍍鋅高強鋼的搭接接頭實現了無間隙焊接，焊接過程採用TIG電弧在前，鐳射束在後的形式，透過與單鐳射焊接得到的焊縫相比，其焊接缺陷明顯減少，焊縫力學效能得到提升。當鐳射在前，電弧在後時，鐳射對電弧有穩弧的作用，使焊接過程相對穩定；當電弧在前，鐳射在後時，電弧對材料進行預熱，可以提升材料對鐳射的吸收率，從而增加焊縫熔深和熔寬。鐳射-電弧複合焊接過程伴隨熔滴過渡行為，不同的熔滴過渡形式對熔池傳熱和流動狀態有不同的影響。Chen等透過數值模擬方法建立了鋁合金鐳射-MIG複合焊接的模擬模型。模擬結果表明，熔滴過渡形式影響熔池的傳熱和流體流動狀態，焊縫的高度與熔滴撞擊熔池狀態緊密相關。鐳射-電弧的複合作用相比單鐳射或電弧情況下更加複雜，鐳射-電弧複合焊接主要包含鐳射作用區、鐳射-電弧複合作用區和電弧作用區。不同區域的溫度分佈不同，導致鐳射電弧複合焊接焊縫組織不同。Zhao等透過實驗和數值模擬的方法研究了鋁合金鐳射-MIG複合焊接不同區域的晶粒分佈，研究結果如圖10和圖11所示。從圖10中可以看出，當鐳射與電弧複合作用時，熔池面積顯著增大，鐳射-電弧複合作用區集中在熔池上部。圖11中對比了鐳射作用區和鐳射-電弧複合作用區的微觀組織形貌，複合作用區以細小枝晶為主，鐳射作用區以粗大枝晶為主，焊縫抗拉強度的結果表明，複合作用區的抗拉強度高於鐳射作用區。

圖 9 不同焊接方向下的焊縫形貌：鐳射引導電弧（左）；電弧引導鐳射（右）

Fig。 9 Weld morphology under different welding direction： Laser guided arc （left）； Arc guided laser （right）

圖10 鐳射作用區和鐳射-電弧複合作用區的形成：（a）鐳射焊接中的鐳射作用區；（b）MIG 焊接中的電弧作用區；（c）鐳射-MIG 複合焊接中的鐳射-MIG 複合作用區

Fig。 10 The formation of laser-dominated region and laser-MIG hybrid-dominated region： （a） laser-dominated region in the laser welding process； （b） MIG-dominated region in the MIG welding process； （c） laser-dominated region and laser-MIG hybrid-dominated region in the laser-MIG hybrid welding

圖 11 鐳射-MIG 複合焊接焊縫形貌和微觀組織：

（a）焊縫形貌；（b）鐳射-電弧複合作用區域的細小枝晶；（c）、（d）、（e）鐳射-電弧複合作用為主的區域和鐳射為主的區域之間的兩條融合線附近；（f）鐳射作用區的粗大枝晶

Fig。 11 Laser-MIG hybrid weld appearance and microstructure of case 6：

（a） weld appearance； （b） fine dendrite in the laser-arc hybrid-dominated region； （c）， （d） and （e） vicinity of the second fusion line between the laser-arc hybrid-dominated region and laser-dominated region； （f） coarse dendrite in the laser-dominated region

在汽車車身焊接過程中，鐳射-電弧複合焊接相比單鐳射具有間隙容忍度大的優勢，然而鐳射-電弧複合焊接需綜合考慮鐳射與電弧的相對位置、鐳射焊接引數、電弧引數等因素。鐳射-電弧焊接過程傳熱傳質行為複雜，尤其是針對異種材料焊接的能量調控、IMC厚度和組織調控機理尚不明確，需要進一步加強研究。

5、其他汽車車身鐳射焊接工藝

鐳射深熔焊、鐳射填絲焊、鐳射釺焊以及鐳射-電弧複合焊等焊接工藝在汽車車身焊接中已經有了較為成熟的理論研究和廣泛的實際應用。除此之外，隨著汽車製造業對車身焊接效率要求的提升以及汽車輕量化製造面臨的異種材料焊接需求的增加，鐳射點焊、鐳射擺動焊、多光束鐳射焊以及鐳射飛行焊等工藝在汽車車身焊接中的應用得到關注。本小節針對鐳射點焊、鐳射擺動焊、多鐳射束焊以及鐳射飛行焊等工藝的原理和特點進行簡要描述。

鐳射點焊工藝

鐳射點焊是一種先進的鐳射焊接技術，具有焊接速度快，焊接精度高等突出優勢。鐳射點焊的基本原理是將鐳射束聚焦到待焊零件上的某一點，使該點處的金屬瞬間熔化，透過調節鐳射密度實現熱導焊或深熔焊效果，當鐳射束停止作用時，液態金屬迴流、凝固後形成接頭。鐳射點焊主要有兩種形式：脈衝鐳射點焊和連續鐳射點焊。脈衝鐳射點焊的鐳射束峰值能量高，但作用時間短，一般用於鎂合金、鋁合金等輕質金屬的焊接；連續鐳射點焊一般鐳射束的平均功率高，鐳射作用時間長，多用於鋼的焊接。鐳射點焊在汽車車身焊接中相比電阻點焊具有非接觸、點焊軌跡可自主設計的優點，能滿足汽車車身材料不同搭接間隙下的高質量焊接需求。

鐳射擺動焊接工藝

鐳射擺動焊接是近年來被提出的一種新型鐳射焊接技術，受到廣泛關注。該技術的主要實現原理是透過在鐳射焊接頭上整合振鏡組，實現鐳射束快速、有序、小範圍的擺動，從而達到鐳射焊接時光束邊向前運動、邊攪拌的效果。鐳射擺動焊接主要擺動軌跡包括：橫向擺動、縱向擺動、圓形擺動和無窮形擺動等。鐳射擺動焊接工藝用於汽車車身焊接過程中具有顯著的優勢，由於在鐳射光束擺動的作用下可以顯著改變熔池的流動狀態，因此既能在同種汽車車身材料焊接中能消除未熔合缺陷、實現晶粒細化和抑制氣孔；又可改善汽車車身異種材料焊接時不同材料未充分混合、焊縫力學效能差的問題。

多鐳射束焊接工藝

目前光纖鐳射器可透過安裝在焊接頭中的分光模組將單束鐳射分為多束鐳射。多光束鐳射焊接相當於在焊接過程中施加多個熱源，可以透過調節光束的能量分佈，使不同光束實現不同的功能，如：能量密度較高的光束為主光束，負責深熔焊接，能量密度較低的分光束可以對材料表面進行清潔和預熱，增加材料對鐳射束能量的吸收率。在本文1。1節和1。3節中展示了多鐳射束焊接工藝在汽車車身鐳射深熔焊和鐳射釺焊中的部分研究成果，證明了多鐳射束焊接工藝用於汽車車身焊接過程的可行性。汽車車身大量使用鍍鋅高強鋼材料，利用多鐳射束焊接工藝能改善鍍鋅鋼板焊接過程中的鋅蒸汽和熔池的動態行為，改善飛濺問題，提升焊縫抗拉強度。

鐳射飛行焊工藝

鐳射飛行焊技術是一種新型高效的鐳射焊接技術，焊接效率高，焊接軌跡可自主化設計。鐳射飛行焊接的基本原理是當鐳射束入射到掃描鏡的 X，Y 兩個反射鏡上，透過自主程式設計控制反射鏡的角度，從而實現鐳射束任意角度的偏轉 。傳統的汽車車身鐳射焊接過程中，主要依靠焊接機器人帶動鐳射焊接頭進行同步運動，實現焊接效果。然而，汽車車身焊縫數量多、焊縫長度較長，焊接機器人重複性的往復運動嚴重限制了汽車車身的焊接效率。相比之下，鐳射飛行焊只需調整反射鏡角度即可實現光束在一定範圍內的焊接。因此，將鐳射飛行焊技術應用於汽車車身焊接中能夠顯著提升焊接效率，具有廣闊的應用前景。